DE10239650B3

DE10239650B3 - Hydrodynamisches Lagersystem

Info

Publication number: DE10239650B3
Application number: DE10239650A
Authority: DE
Inventors: Roland Beckers; Andreas Kull
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: US20040056547A1; JP2004092910A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Lagersystem, insbesondere zur Drehlagerung eines Spindelmotors, vorzugsweise zum Antrieb der Magnetplatten in Festplattenlaufwerken, mit mindestens einem Radiallager, das eine in einer Lagerhülse drehbar gelagerte Welle umfasst, und mindestens einem Drucklager, das eine mit der Welle fest verbundene, in einer Aussparung der Hülse drehbar aufgenommene Druckscheibe und ein der Druckscheibe zugeordnetes Gegenlager in Form einer Abdeckplatte umfasst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Abdeckplatte auf einer Stirnseite der Hülse aufliegt und befestigt ist. Dadurch wird eine montagebedingte Durchbiegung der Abdeckplatte reduziert.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Lagersystem, insbesondere zur Drehlagerung eines Spindelmotors z. B. für den Antrieb von Festplattenlaufwerken.
Stand der Technik
Spindelmotoren bestehen im wesentlichen aus Stator, Rotor und mindestens einem zwischen beiden angeordneten Lagersystem. Der elektromotorisch angetriebene Rotor ist mit Hilfe des Lagersystems gegenüber dem Stator drehgelagert. Als Lagersysteme können sowohl Wälzlager als auch hydrodynamische Gleitlager verwendet werden.
Ein hydrodynamisches Lagersystem umfasst eine Lagerhülse und eine Welle, die in einer axialen Bohrung der Lagerhülse angeordnet ist. Die Welle rotiert frei in der Lagerhülse, wobei die beiden Teile zusammen ein Radiallager bilden. Die in gegenseitiger Wirkverbindung stehenden Lageroberflächen von Welle und Hülse sind durch einen dünnen, konzentrischen und mit einem Schmiermittel gefüllten Lagerspalt voneinander beabstandet.
In wenigstens eine der Lageroberflächen ist ein Rillenmuster eingearbeitet, welches infolge der rotatorischen Relativbewegung lokale Beschleunigungskräfte auf das im Lagerspalt befindliche Schmiermittel ausübt. Auf diese Weise entsteht eine Art Pumpwirkung, die zur Ausbildung eines homogenen und gleichmäßig dicken Schmiermittelfilms führt, der durch Zonen hydrodynamischen Druckes stabilisiert wird.
Der zusammenhängende, kapillare Schmiermittelfilm und der selbstzentrierende Mechanismus des hydrodynamischen Radiallagers sorgen für eine stabile, konzentrische Rotation zwischen Welle und Buchse.
Die Verschiebung entlang der Rotationsachse wird durch entsprechend ausgestaltete hydrodynamische Axiallager verhindert. Bei einem hydrodynamischen Axiallager sind die in gegenseitiger Wirkverbindung stehenden Lageroberflächen, von denen wenigstens eine mit einem Rillenmuster versehen ist, jeweils in der zur Rationsachse senkrechten Ebene angeordnet und durch einen dünnen, vorzugsweise ebenen, mit Schmiermittel gefüllten, Lagerspalt axial voneinander beabstandet.
Da ein einzelnes hydrodynamisches Axiallager in der Regel nur Kräfte in einer Richtung aufnehmen kann, werden üblicherweise zwei gegeneinander arbeitende hydrodynamische Axiallager verwendet.
Die Steifigkeit hydrodynamischer Lager wird im wesentlichen durch die Lagerspaltdicke, die Viskosität des Schmiermittels sowie durch die Formgebung bzw. Ausgestaltung des Rillenmusters bestimmt.
Die zur Aufnahme der axialen Kräfte vorgesehenen hydrodynamischen Drucklager werden vorzugsweise durch die beiden Stirnflächen einer am Ende der Welle angeordneten Druckscheibe gebildet, wobei der einen Stirnfläche der Scheibe eine entsprechende Stirnfläche der Hülse und der anderen Stirnfläche die innenliegende Stirnfläche einer Abdeckplatte zugeordnet ist. Die Abdeckplatte bildet also ein Gegenlager zur Druckscheibe und verschließt das gesamte Lagersystem nach unten und verhindert dass Luft in den mit Schmiermittel gefüllten Lagerspalt eindringt.
Die spezifischen Vorteile hydrodynamischer Gleitlager gegenüber Wälzlagern sind die höhere Laufgenauigkeit, die Unempfindlichkeit gegenüber Stossbelastungen (Schock) und die geringere Zahl der Bauteile. Da sich die Gleitpartner bei Nenndrehzahl nicht berühren arbeiten sie verschleißarm und nahezu geräuschlos.

Ein oben beschriebenes hydrodynamisches Lagersystem mit einer einseitig angeordneten Druckscheibe ist zum Beispiel in der US 6 183 135 B1 offenbart. Die Druckscheibe ist in einer ersten, an die Abmessungen der Druckscheibe angepassten Aussparung der Lagerhülse aufgenommen und wird von einer Abdeckplatte abgedeckt, die in einer zweiten Aussparung größeren Durchmessers angeordnet ist. Durch den größeren Durchmesser der zweiten Aussparung ergibt sich eine Stufe innerhalb der Lagerhülse, die als axialer Anschlag für die Abdeckplatte dient.

Die Abdeckplatte wird üblicherweise durch eine Schweißverbindung in der zweiten Aussparung gehalten. Aufgrund der Fertigungstoleranzen in bezug auf den Innendurchmessers der Aussparung und den Außendurchmesser der Abdeckplatte kann die Art der Passung zwischen der Abdeckplatte und der zugeordneten Aussparung in der Hülse letztendlich stark variieren. Ist der Außendurchmesser der Abdeckplatte zu groß, ergibt das resultierende Übermaß eine Presspassung, die nach der Montage zu einer unerwünschten Durchbiegung der Abdeckplatte führen kann. Die Folge sind unterschiedliche Druckverteilungsprofile auf beiden Seiten der Druckscheibe. Ist der Außendurchmesser der Abdeckplatte zu klein, kann es zu Schwierigkeiten bei der Verschweißung der beiden Teile kommen.

Die JP 58 180 830 A sowie die JP 07 208 454 A , von denen im Oberbegriff des Patentanspruchs ausgegangen wird, offenbaren hydrodynamische Lagersysteme, bei denen die Abdeckplatte auf der Stirnseite der Lagerhülse aufliegt und durch eine Schraubverbindung befestigt ist. Die Befestigung mittels Schrauben macht jedoch die Herstellung entsprechender Bohrungen und Gewinde in den Lagerteilen notwenig. Durch die Notwendigkeit von Schrauben und Dichtungsmitteln zwischen Lagerhülse und Abdeckplatte erhöht sich die Anzahl der benötigten Bauteile.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein hydrodynamisches Lagersystem derart weiterzubilden, dass ein montagebedingtes Durchbiegen der Abdeckplatte erheblich verringert oder gänzlich vermieden wird, ohne dass zusätzliche Herstellungsschritte oder Bauteile notwendig werden.

Erfindungsgemäß weist das Lagersystem mindestens ein Radiallager auf, das eine in einer Bohrung einer Hülse drehbar gelagerte Welle umfasst, und mindestens ein Drucklager, das eine mit der Welle fest verbundene, in einer Aussparung der Hülse drehbar aufgenommene Druckscheibe und ein der Druckscheibe zugeordnetes Gegenlager in Form eine Abdeckplatte umfasst, wobei die Abdeckplatte auf der Stirnseite der Hülse aufliegt und befestigt ist. Der Außendurchmesser der Abdeckplatte entspricht im wesentlichen dem Außendurchmesser der Hülse, wobei die Abdeckplatte und die Hülse jeweils am Außenumfang durch eine Schweißnaht miteinander verbunden sind.

Die Abdeckplatte wird in der vorgesehenen Position fixiert und an ihrem Außenumfang mit dem Außenumfang der Hülse verschweißt. Dadurch ergibt sich ein sauberer Abschluss der Hülse durch die Abdeckplatte.

Die Erfindung bietet verschiedene Vorteile gegenüber dem Stand der Technik.

Zum einen wird die Neigung der Abdeckplatte sich in der Mitte durchzubiegen erheblich reduziert, da die Abdeckplatte im wesentlichen spannungsfrei auf der Stirnseite der Hülse aufliegt.

Dadurch, dass die zweite Aussparung zur Aufnahme der Abdeckplatte entfällt, kann der Außendurchmesser der Hülse um die doppelte Wandstärke des diese zweite Aussparung umgebenden Randes reduziert werden.

Infolge des kleineren Außendurchmessers der Hülse vergrößert sich der Bauraum für die elektromechanischen Motorkomponenten, so dass das Leistungsvolumen ansteigt. Das bedeutet, dass entweder die Motorleistung bei sonst gleichen Außenabmessungen erhöht oder bei sonst gleicher Motorleistung die Außenabmessungen verringert werden können. Außerdem lassen sich die Herstellkosten für die Hülse senken, da zum Einen weniger Material benötigt wird und zum Anderen aber auch die Bearbeitungskosten für die zweite Aussparung zur Aufnahme der Abdeckplatte entfallen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungsfiguren näher beschrieben. Aus den Zeichnungen und deren Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungen der Erfindung. Es zeigt:
1: eine schematische Schnittdarstellung eines Spindelmotors mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Lagersystems;
2: eine schematische Schnittdarstellung eines Spindelmotors Lagersystems nach dem Stand der Technik.
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
Das Ausführungsbeispiel zeigt einen Spindelmotor zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks mit einem erfindungsgemäßem hydrodynamischen Lagersystem. Im gezeigten Beispiel ist eine den Rotor tragende Welle drehbar in einer feststehenden Lagerhülse gelagert. Selbstverständlich umfasst die Erfindung auch Konstruktionen, bei denen eine feststehende Welle von einer den Rotor tragenden, drehbaren Lagerhülse umgeben ist.
2 zeigt einen Spindelmotor gemäß dem Stand der Technik. Der Spindelmotor umfasst eine feststehende Basisplatte 1, an der eine Statoranordnung 2, bestehend aus einem Statorkern und Wicklungen, angeordnet ist. Eine Lagerhülse 3 ist in einer Ausnehmung der Basisplatte 1 fest aufgenommen und weist eine axiale zylindrische Bohrung auf, in welcher eine Welle 4 drehbar aufgenommen ist. Das freie Ende der Welle 4 trägt eine Rotorglocke 5, auf der eine oder mehrere Speicherplatten (nicht dargestellt) des Festplattenlaufwerks angeordnet und befestigt sind. An dem inneren, unteren Rand der Rotorglocke 5 ist ein ringförmiger Permanentmagnet 6 mit einer Mehrzahl von Polpaaren angeordnet, die von der über einen Arbeitsluftspalt beabstandeten Statoranordnung 2 mit einem elektrischen Wechselfeld beaufschlagt werden, so dass der Rotor 5 zusammen mit der Welle 4 in Drehung versetzt wird.
Zwischen dem Innendurchmesser der Lagerhülse 3 und dem Außendurchmesser der Welle 4 verbleibt ein Lagerspalt, der mit einem Schmiermittel gefüllt ist. Die hydrodynamische Lageranordnung wird durch zwei, hier nicht im Detail dargestellte Radiallagerbereiche gebildet, die durch ein Rillenmuster 7 gekennzeichnet sind, das auf der Oberfläche der Welle 4 und/oder auf der Innenfläche der Lagerhülse 3 vorgesehen ist. Sobald der Rotor 5, und somit auch die Welle 4, in Rotation versetzt werden, baut sich aufgrund des Rillenmusters 7 ein hydrodynamischer Druck im Lagerspalt bzw. im darin befindlichen Schmiermittel auf, so dass das Lager tragfähig wird.
Ein durch eine mit der Welle 4 verbundene Druckscheibe 9 und eine Abdeckplatte 10 gebildetes hydrodynamisches Drucklager am unteren Ende der Welle 4 nimmt die axialen Kräfte der Lageranordnung auf. Die Abdeckplatte 10 bildet ein Gegenlager zur Druckscheibe 9 und verschließt die gesamte Lageranordnung nach unten, so dass kein Schmiermittel aus dem Lagerspalt austreten kann.
Beim bisher bekannten Stand der Technik sind sowohl die Druckscheibe 9 als auch die Abdeckplatte in entsprechenden ringförmigen Aussparungen 8 und 11 der Lagerhülse 3 aufgenommen. Die Hülse 3 ist an ihrer unteren Stirnseite mit einer ersten Aussparung 8 zur Aufnahme der Druckscheibe 9 versehen. Die Abdeckplatte 10 ist in einer zweiten Aussparung 11 größeren Durchmessers aufgenommen.
Die Abdeckplatte 10 ist durch eine stirnseitige Schweißnaht 13 mit der Lagerhülse 3 verbunden.
Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Spindelmotors ist in 1 dargestellt.
Im Gegensatz zum Spindelmotor nach 2 weist die Lagerhülse 3 nur eine Aussparung 8 auf, in der die Druckscheibe 9 aufgenommen ist.
Die Abdeckplatte 12 liegt frei an der Stirnseite der Lagerhülse 3 an, wobei der Durchmesser der Abdeckplatte 12 dem Außendurchmesser der Lagerhülse 3 entspricht. Lagerhülse 3 und Abdeckplatte 12 sind an ihrem Außenumfang durch eine Schweißnaht 14 miteinander verbunden.

1: Basisplatte
2: Statoranordnung
3: Lagerhülse
4: Welle
5: Rotorglocke
6: Permanentmagnet
7: Rillenmuster
8: Aussparung
9: Druckscheibe
10: Abdeckplatte
11: Aussparung
12: Abdeckplatte
13: Schweißnaht
14: Schweißnaht

Claims

Hydrodynamisches Lagersystem, insbesondere zur Drehlagerung eines Spindelmotors, vorzugsweise zum Antrieb der Magnetplatten in Festplattenlaufwerken, mit mindestens einem Radiallager, das eine in einer Lagerhülse (3) drehbar gelagerte Welle (4) umfasst, und mindestens einem Drucklager, das eine mit der Welle fest verbundene, in einer Aussparung (8) der Hülse (3) drehbar aufgenommene Druckscheibe (9) und ein der Druckscheibe zugeordnetes Gegenlager in Form einer Abdeckplatte (12) umfasst, die auf der Stirnseite der Hülse (3) aufliegt und befestigt ist, wobei der Außendurchmesser der Abdeckplatte (12) im wesentlichen dem Außendurchmesser der Hülse (3) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte (12) und die Hülse (3) jeweils am Außenumfang durch eine Schweißnaht (14) miteinander verbunden sind.